蒋中庸 刘昌用
【摘 要】 本文论述了“新奥法” 的原理和设计原则，并与传统理念作了比较。
【关键词】 新奥法；复合衬砌；坍落拱
Mountain Tunnel Excavation Method
and Principle
Jiang Zhongyong
1 传统的设计方法—整体衬砌
结构受力是按坍落拱的理论。隧道开挖后顶部最终会形成坍落拱而作用在结构物上，把围岩当作荷载——主动的围岩压力和被动的弹性抗力。按荷载—结构模式进行计算，这是长期以来的设计方法。
坍落拱的形式如图1所示。
b-1/2开挖宽；H-开挖高；φ-围岩内摩擦角
图1 坍落拱尺寸
根据普氏理论：
h=1/fkp[b+Htan(45°－φ/2)]
式中：fkp—普氏系数，在松散土及粘性土中fkp=tanφ； 在岩性岩石中 fkp=R/100。 R—岩石抗压强度（Mpa），并考虑层理、裂隙等不匀质性的折减，铁道部根据多出工程实例整理，深埋隧道其垂直均布压力q可按下式计算：
q=γha
式中：γ—拱顶上土体容重；
ha—计算垂直均布压力的土柱高度。 ha=0.45×2s-1W
式中：W—宽度影响系数，W=1+i（B-5）； B—开挖宽度（m）；
i—B每增减1m时围岩压力增减系数：当B＜5时取i=0.2；B＞5时取 i=0.1； S—围岩级别；
当拱顶覆土h＜ha时为超浅埋隧道、垂直荷载为γh。 ha＜h≤2.5 ha时为浅埋隧道。
2 复合衬砌的理论基础是新奥法
2.1 新奥法的由来和发展
新奥法是奥地利修建隧道新方法的简称，原文是New Austrian Tunnelling Method，简写为NATM。这个方法是奥地利学者L.V.Rabcewicz教授在1948年提出来的，经不断实践和理论研究，在1963年取得专利并正式命名。我国1983年在衡广复线的大瑶山隧道（长14295m）首次全面采用，以后得到了大量推广，目前的铁路和公路隧道几乎都是按新奥法原理进行设计和施工的，而且有很大的发展。在城市地下工程施工中创造了“浅埋暗挖法” 、“浅埋暗挖柱洞逆筑法”。1995年铁道部根据我国的特点，在铁路隧道设计、施工中正式定名为锚喷构筑法，并制定了技术规范。根据新奥法的不足，在此基础上挪威又提出了挪威法。 2.2 新奥法的概念
围岩：隧道施工影响范围内的岩体，是隧道周围地层的一部分。
新奥法是利用岩体力学的理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过围岩和支护量测、监控来指导隧道和地下工程设计、施工的方法和原则。 2.3 新奥法理论基础
新奥法的理论基础一般用图2来说明。
曲线1—隧道开挖后在不同t（或uc）时使围岩稳定，支护应提供的支护抗力关系图；
曲线2、3、4—支护随时间变化而提供的支护抗力曲线；
P2、P3、P4—分别为支护时间不同（曲线2、3）而需要提供的支护抗力；
Pmin—出现松弛区的最小约束力；
曲线5—在提供支护抗力曲线2时的t-uc曲线；
曲线5-1—无支护时的t-uc曲线；
图2 支护特性曲线
2.4 按新奥法设计的原则和要求
按新奥法设计一般采用复合式衬砌，即开挖后根据情况分别采用钢架、钢筋网、喷射混凝土、锚杆作为初期支护，待变形稳定再以模筑的砼或钢筋砼作为二次衬砌，其设计原则和技术要求见图3。
图3 新奥法的要求、核心和原则
施工阶段是设计的继续尽量减少对围岩的扰动初期支护 新奥法的主要要素 隧道断面尽量圆顺开挖成型好应用一定柔性和围岩密贴尽快封闭成环 超前地质预报 开 挖 及时进行初期支护 充分利用周围岩石的自承能力 围岩是荷载也是支护结构的一部分 下一循环 围岩提供主动支撑力是 监控量测 否 调整支护参数或施工方法 新奥法施工的原则 控制围岩有害变形 变形稳定 二次衬砌 初期支护在和围岩的变形中共同承受形变压力（比塌落拱压力小）
2.5 两种设计方法的比较
整体衬砌和复合衬砌两种设计方法见表1
整体衬砌和复合衬砌效果对比表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 作者简介：蒋中庸（1934—），男，四川广安市人，教授级高工，原中铁隧集团二处总工程
师，政府特殊津贴获得者，铁道部有突出贡献科技专家，长期从事山岭隧道、城市地铁工法研究。
比较项目 受力模式 支护组成 支护对围岩提供抗力的方式 对围岩的扰动程度 开挖后围岩表面的受力状态 临时支护或初期支护的方式 支护背后空洞 衬砌厚度 大型机械使用 施工质量 施工安全 施工速度 整体衬砌 复合衬砌 荷载—结构模式。围岩和结构共同受力模式，围岩不但把围岩当作荷载 是荷载，而且是支护结构的一部分 整体式 被动支护 大 单相或两相 多为木支撑 有 厚 不便 不如新奥法 不如新奥法 不如新奥法 复合式 主动支护 小 三相 以喷砼、锚杆为主 无 薄 方便
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